robotics - 四轴飞行器PID Controller

Question

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我的任务是为室内飞行的微型四轴飞行器设计和构建速度 PID Controller 。四轴飞行器飞行的房间配备了基于摄像头的高精度室内跟踪系统，可以为四轴飞行器提供速度和位置数据。由此产生的系统应该能够接受每个轴(x、y、z)的目标速度并以该速度驱动四轴飞行器。

四轴飞行器的控制输入是横滚/俯仰/偏航角度和高度的推力百分比。

我的想法是为每个轴实现一个 PID Controller ，其中 SP 是该方向上的所需速度，测量值是跟踪系统提供的速度，输出值是滚动/俯仰/偏航角，分别是推力百分比。

不幸的是，因为这是我第一次接触控制理论，所以我不确定我是否朝着正确的方向前进。

问题

• 我了解基本的PID Controller 原理，但仍然我不清楚它如何将速度(米/秒)转换为滚动/俯仰/偏航(弧度)仅通过求和误差并乘以常数？是的，速度和横滚/俯仰成正比，也是如此意味着通过乘以正确的常数会产生正确的结果？

• 对于垂直速度 Controller 的情况，如果速度设置为 0，四轴飞行器实际上应该保持其高度，而不上升或下降。如何将其与PID Controller 集成，使得当误差实际上为0时推力值不为0(应该保持悬停，而不是下降)？我应该在输出中添加一个常数项吗？

• 系统实现后，什么是好的方法调整PID增益参数？手动试错？

• 系统开发的下一步是添加一个附加层位置 PID Controller 将所需的设定值作为设定值位置(x,y,z)，测量位置由室内提供跟踪系统，输出为 x/y/z 速度。这是一个好方法吗？分离这些 PID 控制层的原因是该项目是促进可重用性的更大框架的一部分。仅使用单层 PID Controller 直接将位置坐标作为设定值并输出横滚/俯仰/偏航/推力值会更好吗？

Answer 1

• 这就是基本想法。理论上，您最终可以在系统中使用几个常数来从一种单位转换为另一种单位。就您而言，您的 P、I、D 常数将隐式包含正确的转换因子。例如，如果在理想化系统中，您希望通过 P=0.5(以度为单位)的反馈来控制角度，但您所能访问的只是速度，并且您知道 5 度的倾斜会产生 1 m/s，那么您会对 P Controller 进行编程，将测量到的速度乘以 0.1，结果将作为角度的控制输入。
• 我认为最好的方法是实现一个 SISO PID Controller ，不是基于高度 (h)，而是基于垂直速度 (dh/dt)，并以推力百分比作为输出，但我对此不确定。<
• 不幸的是，如果您对参数没有预先了解，那将是唯一的方法。我推荐一个即使四轴飞行器坠毁也不会造成太大损害的环境......
• 这听起来是个好方法